DE69414338T2 - TREATMENT OF FOOD BY INFRARED RADIATION - Google Patents

Abstract

The present invention includes a method of selectively heating, comprising the step of providing a source of radiation capable of delivering at least 60% of its power in a selected wavelength band, and exposing the food to the radiation for an amount of time sufficient to heat beneath a surface.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Nahrungsmitteln. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bearbeitung von Nahrungsmitteln durch Bestrahlen mit einem ausgewählten Band von Infrarotstrahlung, welche das Innere des Nahrungsmittels ohne wesentliche Bräunung der Außenflächen erwärmt.The present invention relates to a method of processing foodstuffs. More particularly, the present invention relates to a method of processing foodstuffs by irradiating them with a selected band of infrared radiation which heats the interior of the foodstuff without substantially browning the external surfaces.

Der Ausdruck "Bearbeiten" umfaßt für die Zwecke dieser Beschreibung alle Arten des Kochens (Bearbeitung durch Wärmeeinwirkung), einschließlich z. B. Backen, Auftauen, Gehenlassen, Tiefewärmen und Selektivtauen.For the purposes of this description, the term "processing" includes all types of cooking (processing by the action of heat), including, for example, baking, thawing, proving, deep heating and selective thawing.

Die Verwendung von Infrarotstrahlen zum Kochen von Teig ist bekannt. "Infrarotstrahlung", im Anschluß als IR-Strahlung bezeichnet, enthält für die Zwecke dieser Beschreibung elektromagnetische Strahlung in dem Wellenlängenbereich von 760 bis 10.000 nm. Die Verwendung von IR-Strahlung zum Kochen von Speisen bietet verschiedene Vorteile gegenüber normalem Backen.The use of infrared radiation for cooking dough is well known. "Infrared radiation", hereinafter referred to as IR radiation, for the purposes of this description includes electromagnetic radiation in the wavelength range of 760 to 10,000 nm. The use of IR radiation for cooking food offers several advantages over normal baking.

Geräte, die IR-Strahlung emittieren, heizen die Luft in dem Ofen zwischen dem Strahler und dem zu backenden Erzeugnis nicht auf. Durch Benutzen von IR-Strahlung zum Kochen von Speisen ist im Vergleich zum normalen Backen eine bessere Verfahrenssteuerung möglich.Devices that emit IR radiation do not heat the air in the oven between the emitter and the product being baked. Using IR radiation to cook food allows for greater process control compared to normal baking.

Backzeiten können mit Kurzwellenstrahlung im Vergleich zum normalen Backen viel kürzer sein. Bei Erzeugnissen mit weniger als einem Zentimeter Dicke bereitet Kurzwellenstrahlung allgemein Speisen schneller als übliches Backen zu. Ein Anteil der Strahlung im IR- Wellenlängenbereich durchdringt die Oberfläche der zu kochenden Speisen und erwärmt das Innere der Speise. Im Gegensatz dazu werden beim üblichen Kochen die Außenflächen der Speise erwärmt und der Rest der Speise wird über (Wärme-)Leitung von den Außenflächen erwärmt. Demzufolge erreicht mittels IR-Strahlung gebackene Speise typischerweise die gewählte Endtemperatur rascher als beim Backen in einem üblichen Herd.Baking times can be much shorter with shortwave radiation compared to normal baking. For products less than one centimeter thick, shortwave radiation generally cooks food more quickly than conventional baking. A portion of the radiation in the IR wavelength range penetrates the surface of the food being cooked and heats the interior of the food. In contrast, with conventional cooking, the outer surfaces of the food are heated and the rest of the food is heated by conduction from the outer surfaces. As a result, food baked using IR radiation typically reaches the selected final temperature more quickly than when baked in a conventional oven.

Es hat sich herausgestellt, dass auf Teig beruhende Erzeugnisse, die mittels IR-Strahlung gebacken wurden, bessere Beschaffenheitsqualitäten besitzen, eine dünnere Kruste und eine feinere Krumenstruktur haben, und das sind Kenngrößen, die bei Verbrauchern erwünscht sind.It has been found that dough-based products baked using IR radiation have better texture qualities, a thinner crust and a finer crumb structure, and these are characteristics that are desired by consumers.

Es ist auf diesem Gebiet bekannt, dass es, wenn man eine Entscheidung zu treffen hat, ob IR- Strahlung zum Erwärmen einer Speise benutzt werden soll, zuerst notwendig ist, zu bestimmen, welches Wellenlängenband am wirksamsten durch die zu erwärmende Speise absorbiert wird. Die Auswahl des Wellenlängenbandes hängt von den Infrarot-Eigenschaften des zu erwärmenden Materials ab. Beispielsweise tritt die am tiefsten unter die Oberfläche für Brotkrumen und -krusten reichende Erwärmung bei Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen etwa 800 und etwa 1.250 nm auf. Eine Eindringtiefe von 3,8 mm für die Krumen und 2,5 mm für die Krusten wurde bei einem Wellenlängenband zwischen 800 und 1.250 nm gemessen. Siehe C. Skjoldebrand et al., Optical Properties of Bread in the Near-Infrared Rangei 8 J. Food Engineering (1988), Seiten 129, 137.It is well known in the art that when making a decision whether to use IR radiation to heat a food, it is first necessary to determine which wavelength band is most effectively absorbed by the food to be heated. The choice of wavelength band depends on the infrared properties of the material to be heated. For example, the deepest subsurface heating for bread crumbs and crusts occurs with radiation in a wavelength range between about 800 and about 1250 nm. A penetration depth of 3.8 mm for the crumbs and 2.5 mm for the crusts has been measured for a wavelength band between 800 and 1250 nm. See C. Skjoldebrand et al., Optical Properties of Bread in the Near-Infrared Range, 8 J. Food Engineering (1988), pp. 129, 137.

Sobald der zum Erzielen der erwünschten Resultate vorteilhafte Wellenlängenbereich bestimmt wurde, wird eine Quelle mit einer Temperatur ausgewählt, die in diesem Bereich eine Spitzenausgangsleistung abgibt. Bei einem Schwarzkörperstrahler, der bei etwa 3.200K Quellentemperatur arbeitet, enthält das Wellenlängenspektrum Strahlung zwischen etwa 300 nm und bis über 4.000 nm hinaus. Nur der Bruchteil der Strahlung, der in den Bereich zwischen 800 und 1.300 nm fällt, ist zur Erwärmung unter der Oberfläche der Speise wirksam. Es wird geschätzt, dass im besten Falle nur etwa 35% der Strahlung, die von einem 3.200K- Quellenstrahler emittiert wird, tatsächlich dem Zweck des wirksamen Tiefewärmens des Nahrungsmittelerzeugnisses dient. Die restliche Strahlung heizt die Oberfläche der Speise auf und ergibt eine Bräunung, oder wird reflektiert. Je nach den gewünschten Ergebnissen kann die Bräunung unerwünscht sein. Wenn beispielsweise das Ziel des Erwärmens ist, ein Backerzeugnis zuzubereiten, welches der Kunde zu Hause kurz bräunt, bevor er das Erzeugnis serviert, ist es unerwünscht, während der Herstellung gleichzeitig mit der Tiefewärmung zu bräunen.Once the wavelength range most beneficial for achieving the desired results has been determined, a source is selected at a temperature that provides peak output in that range. For a blackbody radiator operating at about 3200K source temperature, the wavelength spectrum includes radiation from about 300nm to beyond 4000nm. Only the fraction of the radiation that falls in the range between 800 and 1300nm is effective in heating below the surface of the food. It is estimated that at best only about 35% of the radiation emitted by a 3200K source radiator actually serves the purpose of effectively heating the food product deep down. The remaining radiation heats the surface of the food and produces browning, or is reflected. Depending on the desired results, browning may be undesirable. For example, if the purpose of heating is to prepare a baked product that the customer will brown briefly at home before serving the product, it is undesirable to brown simultaneously with deep heating during production.

Eine Quarz-Halogenlampe mit einem Wolframdraht liefert, wie bestimmt wurde, höchstens 35% ihrer Strahlung zwischen 800 und 1.300 nm und hat eine Spitzenintensität bei 1.000 nm. Der Rest der Strahlung liegt entweder unterhalb von 800 nm oder oberhalb von 1.300 nm.A quartz halogen lamp with a tungsten filament has been determined to deliver at most 35% of its radiation between 800 and 1300 nm and has a peak intensity at 1000 nm. The remainder of the radiation is either below 800 nm or above 1300 nm.

Bestrahlen eines Teiges mit IR-Strahlung von einer Quelle wie einer Quarz-Halogenlampe mit einem Wolframdraht erwärmt das Innere der Teigerzeugnisse höchst wirksam mit Strahlung zwischen etwa 800 und etwa 1.300 nm. Strahlung bei Wellenlängen, die größer als 1.300 nm sind, erwärmt die Oberfläche der Teigerzeugnisse. Wenn die Bearbeitungstechnik das vollständige Backen eines Teigerzeugnisses wie Brot einschließt, wird die Oberfläche des Brotes zu dem Zeitpunkt gebräunt, zudem das Erzeugnis vollständig gekocht (durchgebacken) ist.Irradiating a dough with IR radiation from a source such as a quartz halogen lamp with a tungsten wire most effectively heats the interior of the dough products with radiation between about 800 and about 1300 nm. Radiation at wavelengths greater than 1300 nm heats the surface of the dough products. When the processing technique involves fully baking a dough product such as bread, the surface of the bread is browned by the time the product is fully cooked (baked through).

Vor der vorliegenden Erfindung sind Nahrungsmittel-Bearbeitungsvorgänge mit Benutzung von IR-Strahlern durch Ändern der Quellentemperatur gesteuert worden, wodurch sich die Strahlungsleistung und die Wellenlängen-Verteilungskurve verschiebt. Auf ein Absenken der Quellentemperatur hin tritt ein geringerer Anteil der Erwärmung unter der Oberfläche des Teigerzeugnisses auf, und ein relativ größerer Anteil von Oberflächenerwärmung tritt auf. Wenn weniger Oberflächenerwärmung erwünscht ist, wird die Temperatur des Strahlers erhöht. Ein relativ größerer Anteil von Strahlung kürzerer Wellenlänge wird geliefert, die besser in der Lage ist, in das Teigerzeugnis einzudringen.Prior to the present invention, food processing operations using IR emitters have been controlled by changing the source temperature, thereby shifting the radiant power and wavelength distribution curve. Upon lowering the source temperature, a lesser proportion of heating occurs beneath the surface of the dough product, and a relatively greater proportion of surface heating occurs. If less surface heating is desired, the temperature of the emitter is increased. A relatively greater proportion of shorter wavelength radiation is provided, which is better able to penetrate the dough product.

Erwärmte Körper, die die Quelle von Infrarotstrahlung sind, strahlen gleichzeitig Energie über einen breiten Wellenlängenbereich aus. Das Einstellen der Temperatur der Quelle ergibt nur eine begrenzte Steuerung des Bruchteils der Gesamtleistung, der in dem Tiefewärmungs- Wellenlängenband von 800 bis 1.300 nm ausgestrahlt wird. Im besten Fall liegen etwa 35% der gesamten Strahlungsleistung in diesem Band.Heated bodies, which are the source of infrared radiation, radiate energy over a wide range of wavelengths simultaneously. Adjusting the temperature of the source provides only limited control of the fraction of the total power radiated in the deep-heating wavelength band of 800 to 1,300 nm. At best, about 35% of the total radiated power is in this band.

Aus diesem Grund ergibt das Steuern sowohl der Oberflächenerwärmung als auch der Tiefewärmung eines Nahrungsmittelerzeugnisses mittels Änderung der Quellentemperatur des Strahlers keine gute Prozeßsteuerung, da die Oberfläche des Nahrungsmittelerzeugnisses erwärmt und gebräunt wird, bevor das Innere ausreichend erwärmt ist.For this reason, controlling both the surface heating and the deep heating of a food product by changing the source temperature of the emitter does not provide good process control because the surface of the food product will be heated and browned before the interior is sufficiently heated.

Obwohl IR-Strahlung vor der vorliegenden Erfindung ein wertvolles Verfahren für auf Teig basierende und andere Nahrungsmittelerzeugnisse gewesen ist, ist ihre Verwendung auf Vorgänge begrenzt, die erfordern, dass das Endprodukt Oberflächenbräunung erfährt.Although IR radiation has been a valuable technique for dough-based and other food products prior to the present invention, its use is limited to operations that require the final product to undergo surface browning.

Die Verwendung von IR-Strahlung zum Gehenlassen von Teig wurde auf diesem Gebiet beschrieben. Katz beschreibt in US-PS 4 917 914 ein Verfahren zum Gehenlassen von Teig, das den Verfahrensschritt enthält, 0,63 cm dicke Teigstücke, bevor sie in Dosen eingelegt werden, mit hochintensiven Strahlungswärmern mit einer Stromdichte [sic] von bis zu 20 Watt/inch² zu bestrahlen. Es wird angenommen, dass der Autor von einer "Leistungsdichte" oder "Gesamtstrahlungserregung" berichten wollte, statt von der Stromdichte. Durch Benutzung des Stefan-Boltzmann'schen Gesetzes und des Planck'schen Gesetzes kann das Strahlungsspektrum abgeschätzt werden.The use of IR radiation for proofing dough has been described in this field. Katz, in U.S. Patent No. 4,917,914, describes a process for proofing dough which includes the step of heating 0.63 cm thick pieces of dough prior to placing them in cans with high intensity radiant heaters having a current density [sic] of up to 20 Watt/inch². It is assumed that the author intended to report a "power density" or "total radiant excitation" rather than current density. By using Stefan-Boltzmann's law and Planck's law, the radiation spectrum can be estimated.

Bei 20 Watt pro Quadratinch ergab die Heizertemperatur und die Wellenlänge des zum Erzeugen der Daten in dem Katz'schen Patent 4 917 914 benutzten Strahlers unter Annahme einer Schwarzkörperstrahlung eine Quellentemperatur um 870K und eine Spitzenwellenlänge von etwa 3.300 nm.At 20 watts per square inch, the heater temperature and wavelength of the radiator used to generate the data in Katz's patent 4,917,914, assuming blackbody radiation, gave a source temperature of around 870K and a peak wavelength of about 3300 nm.

Auch wenn der ausgewählte Strahler keine Schwarzkörperstrahlung aussandte, wäre die maximale Intensität immer noch im gleichen Bereich. Bei anodisiertem Aluminium wurde die maximale Intensität auf etwa 2.800 nm berechnet. Bei oxidiertem Stahl trat die maximale Intensität bei etwa 3.200 nm auf, und mit Incoloy 800TM trat die maximale Intensität bei etwa 3.230 nm auf. Für jede dieser Quellen liegt der größte Teil der ausgestrahlten Leistung zwischen etwa 1.500 bis 10.000 nm.Even if the selected emitter did not emit blackbody radiation, the maximum intensity would still be in the same range. For anodized aluminum, the maximum intensity was calculated to be about 2800 nm. For oxidized steel, the maximum intensity occurred at about 3200 nm, and with Incoloy 800TM, the maximum intensity occurred at about 3230 nm. For each of these sources, the majority of the radiated power is between about 1500 to 10,000 nm.

Nach den veröffentlichten Daten absorbiert Wasser in diesem Langwellen-Spektralbereich, und so erfolgt nur eine Oberflächenerwärmung. Es ist bekannt, dass Strahlung in diesem Bereich die Außenflächen des Teiges während des Vorerwärmens bräunt, was bei einem gekühlten Teigerzeugnis unerwünscht ist.According to published data, water absorbs in this long-wave spectral range, and so only surface heating occurs. It is known that radiation in this range browns the outer surfaces of the dough during preheating, which is undesirable in a chilled dough product.

Geräte, die gleichzeitig IR- und sichtbare Strahlung aussenden, sind bekannt. Westerberg et al. beschreiben in US-PS 5 036 179 einen Ofen, der Wolfram-Glühbirnen oder Bogenlampen benutzt mit der Fähigkeit, 1.500 Watt Strahlungsenergie in dem Bereich von 400-4.500 nm mit einer Spitzenintensität bei etwa 1.000 nm zu erzeugen. Diese Art von Strahler kocht und bräunt Speisen wirksam in geringerer Zeit als bei Benutzung von IR-Strahlung alleine oder bei Benutzung von Konvektions- oder Wärmeleitungs-Öfen.Devices that emit IR and visible radiation simultaneously are known. Westerberg et al., in U.S. Patent No. 5,036,179, describe an oven that uses tungsten bulbs or arc lamps with the ability to produce 1,500 watts of radiant energy in the range of 400-4,500 nm with a peak intensity at about 1,000 nm. This type of emitter effectively cooks and browns food in less time than using IR radiation alone or using convection or conduction ovens.

Ein beträchtlicher Anteil des Spektrums, das in der Westerberg'schen Patentschrift 5 036 179 beschrieben wurde, liegt im Bereich von 400 bis 700 nm. In dieser Schrift wird die Verwendung von Quarz-Halogenlampen beschrieben, die 10% der Ausgangsleistung im Bereich von 400-700 nm erzeugen.A significant portion of the spectrum described in Westerberg's patent 5,036,179 lies in the range 400 to 700 nm. This document describes the use of quartz halogen lamps that produce 10% of the output in the range 400-700 nm.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum selektiven Erwärmen von Speisen geschaffen, welches das Filtern einer Quelle für Infrarotstrahlung, die zum Tiefewärmen von Nahrungsmitteln geeignet ist, wobei zumindest 60% der Gesamtleistung in einem ausgewählten Wellenlängenband zugeführt wird, das zum Tiefewärmen fähig ist, wobei ein Maximum des ausgewählten Wellenlängenbands etwa 1.300 nm beträgt, und Bestrahlen der Nahrungsmittel während einer Zeit, die ausreichend ist, das Innere des Nahrungsmittels auf eine ausgewählte Temperatur aufzuwärmen, umfasst.According to the present invention, a method for selectively heating food which comprises filtering a source of infrared radiation suitable for deep heating foodstuffs, wherein at least 60% of the total power is supplied in a selected wavelength band capable of deep heating, a maximum of the selected wavelength band being about 1300 nm, and irradiating the foodstuffs for a time sufficient to heat the interior of the foodstuff to a selected temperature.

Vorzugsweise liegt ein Minimum des ausgewählten Wellenlängenbandes bei etwa 800 nm.Preferably, a minimum of the selected wavelength band is about 800 nm.

Üblicherweise ist das Nahrungsmittel Teig, und der Teig wird Strahlung ausgesetzt, um den Teig aufgehen zu lassen.Typically, the food is dough, and the dough is exposed to radiation to make the dough rise.

Vorteilhafterweise ist das Nahrungsmittel Teig, und das Verfahren umfaßt weiter den Schritt des Bratens des Teigs nach der Bestrahlung.Advantageously, the foodstuff is dough, and the method further comprises the step of frying the dough after irradiation.

Vorzugsweise umfaßt das Verfahren weiter den Schritt des Bestrahlen des Nahrungsmittels mit ungefilterter IR-Strahlung.Preferably, the method further comprises the step of irradiating the food with unfiltered IR radiation.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Zubereiten eines Nahrungsmittelerzeugnisses geschaffen, das ein Vorkochen des Nahrungsmittels durch Bestrahlung mit gefilterter IR-Strahlung, wobei die Strahlung geeignet zum Tiefewärmen des Nahrungsmittels ist, wobei zumindest 60% der Gesamtleistung in einem ausgewählten Wellenlängenband zugeführt wird, das zum Tiefewärmen fähig ist, wobei ein Maximum des ausgewählten Wellenlängenbands etwa 1.300 nm beträgt; Zuführen von Öl zu zumindest einer Außenfläche des vorgekochten Erzeugnisses; und Bestrahlen des Nahrungsmittels mit ungefilterter IR-Strahlung das Nahrungsmittel zu bräunen.According to another aspect of the invention, there is provided a method of preparing a food product comprising pre-cooking the food product by irradiating it with filtered IR radiation, the radiation being capable of deep heating the food product, wherein at least 60% of the total power is supplied in a selected wavelength band capable of deep heating, a maximum of the selected wavelength band being about 1300 nm; supplying oil to at least an external surface of the pre-cooked product; and irradiating the food product with unfiltered IR radiation to brown the food product.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Vorkochen eines inneren Bereichs eines Nahrungsmittelerzeugnisses geschaffen, das ein Bestrahlen des Nahrungsmittelprodukts mit gefilterter IR-Strahlung, von der mindestens 60% eine Wellenlänge unter 1.300 nm besitzt, während einer zum Erwärmen des inneren Bereichs des Nahrungsmittelprodukts auf eine ausgewählte Temperatur ausreichenden Zeit umfaßt.According to another aspect of the invention, there is provided a method of precooking an interior region of a food product comprising irradiating the food product with filtered IR radiation, at least 60% of which has a wavelength below 1300 nm, for a time sufficient to heat the interior region of the food product to a selected temperature.

Vorzugsweise ist das vorgekochte Erzeugnis ein Teigwarenerzeugnis, das ein Füllmaterial enthält.Preferably, the pre-cooked product is a pasta product containing a filling material.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Aufgehenlassen von Teig geschaffen, das ein Bestrahlen des Teiges mit IR-Strahlung mit einem Wellenlängenbereich unterhalb von etwa 1.300 nm während einer zum Aktivieren des Treibmittels ausreichenden Zeit umfaßt.According to another aspect of the present invention, a method for rising dough is provided which comprises irradiating the dough with IR radiation having a wavelength range below about 1300 nm for a time sufficient to activate the leaving agent.

Vorteilhafterweise umfaßt das Verfahren weiter den Schritt des Abdichtens des Teiges in einem Behälter während einer zum Entwickeln des Teiges ausreichenden Zeit.Advantageously, the method further comprises the step of sealing the dough in a container for a time sufficient to develop the dough.

Üblicherweise besitzt die IR-Strahlung eine Minimal-Wellenlänge von etwa 800 nm. Vorzugsweise wird die Temperatur so ausgewählt, dass sie Mikrobenwachstum verhindert. Ein Verfahren zum Erwärmen von Nahrungsmitteln mittels Strahlung wird nachstehend beschrieben. Das Verfahren enthält die Schritte des Auswählens einer Strahlungsquelle, die zum Tiefewärmen von Speisen geeignet ist, wobei mindestens 60% der Leistung in einem zum Tiefewärmen fähigen Wellenlängenband geliefert wird. Das Verfahren enthält auch den Schritt des Bestrahlens der Nahrungsmittel mit der Strahlung während einer zum Erwärmen des Inneren der Nahrungsmittel auf eine ausgewählte Temperatur ausreichenden Zeit. Vorzugsweise wird das Nahrungsmittel Strahlung in dem IR-Bereich, jedoch unterhalb von etwa 1.300 nm ausgesetzt. Am bevorzugtesten wird ein Teigprodukt einer Strahlung zwischen etwa 800 und etwa 1.300 nm ausgesetzt. Das vorliegende Verfahren kann für jeden Erwärmungsvorgang wie Kochen, Braten, Auftauen, Trocknen, Gehenlassen, Unterdrücken von Mikrobenwachstum und dergleichen benutzt werden.Typically, the IR radiation has a minimum wavelength of about 800 nm. Preferably, the temperature is selected to prevent microbial growth. A method of heating food using radiation is described below. The method includes the steps of selecting a radiation source suitable for deep heating food, with at least 60% of the power being provided in a wavelength band capable of deep heating. The method also includes the step of irradiating the food with the radiation for a time sufficient to heat the interior of the food to a selected temperature. Preferably, the food is exposed to radiation in the IR range, but below about 1300 nm. Most preferably, a dough product is exposed to radiation between about 800 and about 1300 nm. The present method can be used for any heating operation such as cooking, frying, thawing, drying, proofing, suppressing microbial growth, and the like.

Damit die Erfindung leichter verstanden werden kann und weitere Merkmale derselben erkannt werden können, wird die Erfindung nun beispielsweise mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:In order that the invention may be more easily understood and further features thereof may be recognized, the invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 eine Grafik des zwischen 800 und 1.300 nm liegenden Anteils der gesamten Strahlungsleistung, über der Schwarzkörpertemperatur aufgetragen, ist.Fig. 1 is a graph of the fraction of the total radiant power lying between 800 and 1300 nm, plotted against the blackbody temperature.

Fig. 2 eine Grafik der Eindringtiefe der Leistung bei Weißbrotkrume, über der Wellenlänge aufgetragen, ist.Fig. 2 is a graph of power penetration depth in white bread crumb plotted against wavelength.

Fig. 3 eine Grafik ist, welche die IR-Strahlungsabsorptions-Kennlinie für Wasser zeigt.Fig. 3 is a graph showing the IR radiation absorption characteristic for water.

Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer Quarz-Halogenlampe mit Wassermantel ist, die zum Ausführen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung benutzt wird.Fig. 4 is a cross-sectional view of a water jacketed quartz halogen lamp used for carrying out the method of the present invention.

Fig. 5 eine Grafik ist, welche die Spektralintensität einer Quarz-Halogenlampe mit Wassermantel, über der Wellenlänge aufgetragen, zeigt.Fig. 5 is a graph showing the spectral intensity of a water-jacketed quartz halogen lamp plotted against wavelength.

Fig. 6 eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung ist, die fünf Quarz- Halogenlampen, einen Reflektor und ein zwischen den Lampen und dem zu erwärmenden Objekt angebrachtes Flachfilter enthält.Fig. 6 is a schematic cross-sectional view of an apparatus comprising five quartz halogen lamps, a reflector and a flat filter mounted between the lamps and the object to be heated.

Fig. 7 eine Grafik der Spektralintensität, über der Wellenlänge einer mittels eines eine Farblösung enthaltenden Flachfilters gefilterten Quarz-Halogenlampe aufgetragen, ist.Fig. 7 is a graph of the spectral intensity versus wavelength of a quartz halogen lamp filtered by a flat filter containing a color solution.

Fig. 8 eine grafische Darstellung der Spektralintensität, über der Wellenlänge einer wassergekühlten IR-Lampe aufgetragen, ist, die mit einer optischen Beschichtung versehen ist.Fig. 8 is a graph of spectral intensity versus wavelength of a water-cooled IR lamp provided with an optical coating.

Fig. 9 eine grafische Darstellung des Temperaturanstiegs an der Trennfläche zwischen Brotschnitten nach 45 s Erwärmen mit bzw. ohne einem Gemisch aus Kakao/Öl an der Trennfläche bei zwei unterschiedlichen Infrarotquellen ist.Fig. 9 is a graphical representation of the temperature rise at the interface between bread slices after 45 s of heating with and without a mixture of cocoa/oil at the interface using two different infrared sources.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Erwärmen von Nahrungsmitteln, um vorherrschend eine Erwärmung unter der Oberfläche mittels Bestrahlung mit einem ausgewählten IR-Strahlungsband zu bewirken, das fähig ist, mindestens 60% seiner Leistung unter der Oberfläche des Nahrungsmittels abzuliefern.The present invention is a method of heating food to effect predominantly subsurface heating by irradiation with a selected band of IR radiation capable of delivering at least 60% of its power below the surface of the food.

Die optischen Kennwerte des Nahrungsmittels werden zuerst gemessen durch Beobachten der Spektren des zu untersuchenden Nahrungsmittels im sichtbaren und im nahen infraroten Bereich. Unter Benutzung der Theorie nach Kubelka-Munk, wie sie in Reflectance Spectroscopy von W. Wendlandt und H. Hecht, Interscience Publishers, NY, 1966, Seiten 59-61, beschrieben ist, werden der Absorptionsindex "K" und der Streuindex "S" gemessen und eine von der Wellenlänge abhängige Eindringtiefe "δp" aus den K- und S-Werten nach der folgenden Gleichung errechnet:The optical characteristics of the food are first measured by observing the spectra of the food under investigation in the visible and near infrared range. Using the Kubelka-Munk theory as described in Reflectance Spectroscopy by W. Wendlandt and H. Hecht, Interscience Publishers, NY, 1966, pages 59-61, the absorption index "K" and the scattering index "S" are measured and a wavelength-dependent penetration depth "δp" is calculated from the K and S values according to the following equation:

(I) δp = 1/(K (K + 25))½(I) δp = 1/(K (K + 25))½

K und S haben die Abmessungen einer reziproken Länge.K and S have the dimensions of a reciprocal length.

"Eindringtiefe" heißt für die Zwecke dieser Beschreibung die Tiefe, bei der 37% der einfallenden Strahlung nicht absorbiert verblieben sind.For the purposes of this description, "penetration depth" means the depth at which 37% of the incident radiation remains unabsorbed.

Vorzugsweise wird ein Teigerzeugnis einer IR-Strahlung in dem Bereich von 800 bis 1.300 nm während einer zum Erwärmen des Nahrungsmittels auf eine erwünschte Temperatur ausreichenden Zeit ausgesetzt. Durch Zuführen eines beträchtlichen Anteils der Leistung unter die Nahrungsmitteloberfläche tritt Tiefewärmung auf, während die Oberflächenerwärmung in hohem Maße verringert wird.Preferably, a dough product is exposed to IR radiation in the range of 800 to 1300 nm for a time sufficient to heat the food to a desired temperature. By applying a significant portion of the power below the food surface, deep heating occurs while surface heating is greatly reduced.

Trotz der verschiedenen Vorteile des Kochens von Nahrungsmittelerzeugnissen mit IR- Strahlung fehlt den bekannten Verfahren die Flexibilität, welche die Qualität der gegenwärtigen Erzeugnisse verbessern und vollständig neue Erzeugnisse ermöglichen könnte. Es ist durch die beteiligten Erfinder erkannt worden, dass es wünschenswert wäre, über eine größere Flexibilität beim Kochen von Nahrungsmittelerzeugnissen mittels IR-Strahlung zu verfügen. Beispielsweise wäre es erwünscht, eine Oberfläche mehr als eine andere Oberfläche eines Nahrungsmittelprodukts zu bekochen, wie im Falle von Pizzakrusten, und es wäre andererseits erwünscht, Nahrungsmittelprodukte zu erwärmen oder vollständig zu kochen, ohne die Außenfläche zum Bräunen zu bringen. Bei noch anderen Beispielen könnte es erwünscht sein, das Innere eines Nahrungsmittelerzeugnisses während einer längeren Zeit vor dem Beginn des Bräunens zu kochen, um eine Füllung gründlich zu erwärmen, bevor das Äußere des gebackenen Erzeugnisses gebräunt wird.Despite the various advantages of cooking food products with IR radiation, the known methods lack the flexibility that could improve the quality of current products and enable entirely new products. It has been recognized by the inventors involved that it would be desirable to have greater flexibility in cooking food products using IR radiation. For example, it would be desirable to cook one surface more than another surface of a food product, as in the case of pizza crusts, and it would be desirable to heat or fully cook food products without browning the outside surface. In still other examples, it might be desirable to cook the interior of a food product for an extended period of time before browning begins in order to thoroughly heat a filling before browning the exterior of the baked product.

Zum Beispiel werden manche auf Nahrungsmittel basierenden Erzeugnisse zum weiteren Aufwärmen in einem Toaster verkauft. Solche Erzeugnisse sind vollständig gekocht, aber sind entweder überhaupt nicht braun oder nur leicht gebräunt. Die Erzeugnisse sollten beim Verkauf nicht braun sein, denn wenn sie in einen Toaster gesteckt werden, werden die Erzeugnisse noch mehr gebräunt. Wenn die Erzeugnisse zu dunkel werden, ist das Erzeugnis dem Aussehen nach für den Kunden weniger anziehend, oder es ergibt sich eine entsprechende Herabsetzung der Aromaqualitäten.For example, some food-based products are sold for further reheating in a toaster. Such products are fully cooked but are either not brown at all or only lightly browned. The products should not be brown when sold because when placed in a toaster, the products will brown even more. If the products become too dark, the product will be less visually appealing to the customer or there will be a corresponding reduction in flavor qualities.

Es wurde überraschend entdeckt, dass durch Auswählen eines Strahlungsbandes, das das Erwärmen unter der Oberfläche verbessert, das Innere des Nahrungsmittels ohne Überheizen der Außenfläche auf eine erwünschte Innentemperatur erwärmt wurde. Vorzugsweise wird voherrschend eine Strahlung oberhalb von 1.300 nm und unterhalb von 800 nm ausgesperrt. Um die Oberflächenaufheizung in hohem Maße zu verhindern, kommt es mehr darauf an, die Strahlung mit längerer Wellenlänge zu entfernen, als die Strahlung mit kürzerer Wellenlänge.It was surprisingly discovered that by selecting a radiation band that Subsurface heating is improved, the inside of the food is heated to a desired internal temperature without overheating the outer surface. Preferably, radiation above 1,300 nm and below 800 nm is predominantly blocked. In order to prevent surface heating to a large extent, it is more important to remove radiation with a longer wavelength than radiation with a shorter wavelength.

Mit "vorherrschend" soll ausgedrückt werden, dass, obwohl die Mittel zum Entfernen einer solchen Strahlung oberhalb von 1.300 nm und unterhalb von 800 nm, wie in dieser Anmeldung beschrieben, hochwirksam sind, dennoch kein bekanntes Mittel zum Entfernen von Strahlung ausgewählter Wellenlängen vollkommen ist, und deshalb kleinere Anteile von Leistung in unerwünschten Wellenlängenbereichen vorhanden sein können.By "predominantly" is meant that although the means for removing such radiation above 1300 nm and below 800 nm as described in this application are highly effective, nonetheless no known means for removing radiation of selected wavelengths is perfect and therefore minor amounts of power may be present in undesirable wavelength regions.

Es wird geschätzt, dass durch Wegnehmen von Leistung oberhalb von 1.300 nm annähernd die doppelte Energie dem Nahrungsmittel zugeliefert werden kann, ohne übermäßige Oberflächenerwärmung zu verursachen, im Vergleich zum Bestrahlen des Nahrungsmittels mit der gleichen IR-Strahlungsquelle ohne' Wegnehmen von Leistung oberhalb von 1.300 nm.It is estimated that by removing power above 1300 nm, approximately twice the energy can be delivered to the food without causing excessive surface heating, compared to exposing the food to the same IR radiation source without removing power above 1300 nm.

Fig. 1 zeigt den Prozentsatz der gesamten Strahlungsleistung, der zwischen 800 und 1.300 nm liegt, über der Schwarzkörpertemperatur aufgetragen. Wie aus Fig. 1 gesehen werden kann, liegen maximal etwa 35% der gesamten Ausgangsleistung in dem erwünschten Band von 800 bis 1.300 nm. Dieses Maximum tritt bei einer Quellentemperatur von 3.200 K auf.Fig. 1 shows the percentage of the total radiant power that lies between 800 and 1300 nm plotted against the blackbody temperature. As can be seen from Fig. 1, a maximum of about 35% of the total output power lies in the desired band of 800 to 1300 nm. This maximum occurs at a source temperature of 3200 K.

Wie vorstehend beschrieben, enthält ein bekanntes Verfahren nach dem Stand der Technik zum Steuern der IR-Verarbeitung das Ändern der Quellentemperatur. Wenn beispielsweise mehr Oberflächenerwärmung gewünscht wird, wird die Quellentemperatur vermindert. Bei Auswählen einer Strahlungsquellen-Temperatur von 1.000 K liegt bezeichnend weniger als 5% der ausgestrahlten Leistung in dem Tiefewärmungsband. Der Rest der Infrarotleistung wird in der Nähe der Oberfläche in Wärme gewandelt.As described above, one known prior art method for controlling IR processing involves changing the source temperature. For example, if more surface heating is desired, the source temperature is decreased. By selecting a radiant source temperature of 1,000 K, significantly less than 5% of the radiated power is in the deep heating band. The remainder of the infrared power is converted to heat near the surface.

Es wurde überraschend festgestellt, dass eine bessere Steuerung bei der IR-Verarbeitung erreicht werden kann durch Beseitigen von Strahlung, welche den oberflächennahen Bereich des Nahrungsmittels erwärmt, z. B. durch Ausfiltern der unerwünschten Strahlung.It has been surprisingly found that better control in IR processing can be achieved by eliminating radiation that heats the near-surface area of the food, e.g. by filtering out the unwanted radiation.

Das bevorzugteste Verfahren zum Ausfiltern unerwünschter Strahlung oberhalb von 1.300 nm enthält das Einsetzen eines Wasserfilters zwischen der Strahlungsquelle und dem zu erwär menden Gegenstand. Vorzugsweise ist die Strahlungsquelle eine Quarz-Halogenbirne, die bei etwa 1.500 Watt betrieben wird. Vorzugsweise wird ein Reflektor an einer Seite der Glühbirne eingesetzt, die der der zu kochenden Speise zugewandten Seite gegenüber liegt. Eine solche Strahlungsquelle ist leicht erhältlich und kann von der General Electric Lighting Division, Cleveland, Ohio, erworben werden. Diese Birne hat eine scheinbare Temperatur von etwa 3.200 K.The most preferred method for filtering out unwanted radiation above 1,300 nm involves inserting a water filter between the radiation source and the material to be heated. Preferably, the radiation source is a quartz halogen bulb operating at about 1,500 watts. Preferably, a reflector is provided on a side of the bulb opposite that facing the food to be cooked. Such a radiation source is readily available and can be purchased from General Electric Lighting Division, Cleveland, Ohio. This bulb has an apparent temperature of about 3,200 K.

Zwar wurde die Verwendung nur einer Strahlungsquelle beschrieben, doch ist zu verstehen, dass auch mehrere Birnen gleichzeitig benutzt werden können, um für eine gleichmäßige Verteilung der Strahlung und für ausreichende Quellenstrahlung zu sorgen, damit mehr als ein Erzeugnis gleichzeitig erwärmt werden kann. Weiter betrachtet die vorliegende Erfindung die Verwendung von alternativen IR-Strahlungsquellen wie beispielsweise Bogenlampen und Laser als möglich.While the use of only one radiation source has been described, it is to be understood that multiple bulbs may be used simultaneously to provide even radiation distribution and sufficient source radiation to heat more than one product simultaneously. Furthermore, the present invention contemplates the use of alternative IR radiation sources such as arc lamps and lasers.

Obwohl entdeckt wurde, dass die in dieser Beschreibung beschriebene Technologie für auf Teig basierende Erzeugnisse, wie Biskuits, Feingebäck und dergleichen, anwendbar ist, wurde erkannt, dass das wahlweise Zuliefern von IR-Strahlung in einem Band zwischen 800 und etwa 1.300 nm die Tiefewärmung in vielen anderen Lebensmitteln, einschließlich Eiscreme, Kartoffeln und praktisch jeder anderen Speise, beeinflussen kann, die sichtbare Strahlung nicht so stark absorbiert. Die einzige Begrenzung ist anscheinend die Tiefe, bis zu der die Leistung durchdringt.Although the technology described in this specification has been discovered to be applicable to dough-based products such as biscuits, pastries and the like, it has been recognized that selectively delivering IR radiation in a band between 800 and about 1300 nm can affect deep heating in many other foods, including ice cream, potatoes and virtually any other food that does not absorb visible radiation as strongly. The only limitation appears to be the depth to which the power penetrates.

Fig. 2 ist eine grafische Darstellung der Eindringtiefe, über der Wellenlänge aufgetragen, für Weißbrotkrume. Ein Anteil der Daten wurde für den Zweck dieser Beschreibung erzeugt, und ein anderer (in der Grafik als SIK-Daten bezeichnet) wurde aus veröffentlichten Daten errechnet. Wie in Fig. 2 gezeigt, erfolgt maximales Eindringen bei etwa 1.000 nm, und die dem Maximum entsprechende Eindringtiefe beträgt etwa 0,47 cm. Es kann auch gesehen werden, dass oberhalb von etwa 1.300 nm die Eindringtiefe scharf abfällt. Bei Wellenlängen von etwa 1.900 nm und darüber tritt Oberflächenerwärmung auf.Fig. 2 is a plot of penetration depth versus wavelength for white bread crumb. A portion of the data was generated for the purpose of this description, and another (referred to in the graph as SIK data) was calculated from published data. As shown in Fig. 2, maximum penetration occurs at about 1,000 nm, and the penetration depth corresponding to the maximum is about 0.47 cm. It can also be seen that above about 1,300 nm, the penetration depth drops off sharply. At wavelengths of about 1,900 nm and above, surface heating occurs.

Fig. 3 ist eine Grafik der Absorption von IR-Strahlung durch eine 3 mm dicke Wasserschicht. Wie in dieser Figur gezeigt wird, bestimmt eine Wellenlänge von etwa 1.250 nm eine Grenze zwischen hoher und niedriger Absorption. Oberhalb von 1.300 nm wird im wesentlichen die gesamte Strahlung im Wasser absorbiert. Ein Einsetzen eines solchen Filters zwischen der bevorzugten Strahlungsquelle und dem zu erwärmenden Nahrungsmittel beseitigt deswegen selektiv die gesamte IR-Strahlung; die dem Nahrungsmittel oberhalb von etwa 1.300 nm zugeliefert wird.Fig. 3 is a graph of the absorption of IR radiation by a 3 mm thick layer of water. As shown in this figure, a wavelength of about 1,250 nm defines a boundary between high and low absorption. Above 1,300 nm, essentially all of the radiation is absorbed in the water. Inserting such a filter between the preferred radiation source and the food to be heated therefore eliminates selectively all IR radiation that is delivered to the food above about 1,300 nm.

Um ein Filter für den ausgewählten Strahler zu bilden, wurden Quarz-Halogenbirnen zuerst in einen Wassermantel eingeschlossen, wie in Fig. 4 gezeigt. Die Quarz-Halogenbirne 20 wurde in ein Rohr 22 von etwa 2,54 cm Außendurchmesser mit einer Wanddicke von 0,16 cm eingesetzt und wurde an jedem Ende mit einem 0,318 cm dicken Silikongummi-Septum 25A, 25B abgedichtet. Ein Einlaßanschluß 24 und ein Auslaßanschluß 26, die sich durch die Septa 25A und 25B erstreckten, waren jeweils vorgesehen, um dem Wassermantel Wasser zuzuführen und solches von ihm zu entfernen. Eine kleine Menge Wasser wurde durch den Mantel gepumpt, um die Wassertemperatur etwa bei Raumtemperatur zu halten. Es wurde auch als bevorzugenswert gefunden, Luft über die Außenfläche des Mantels zu blasen, um ein Kondensat zu verdampfen. Diese Anordnung wurde benutzt, um viele der nachstehend beschriebenen Untersuchungen durchzuführen. Obwohl das Wassermantelfilter als zum Absorbieren der unerwünschten Strahlung angemessen festgestellt wurde, verursachte die Anordnung ein vorzeitiges Versagen der Glühbirne, und deswegen wurde schließlich eine andere Filteranordnung als die meistbevorzugte Filteranordnung ausgewählt.To form a filter for the selected radiator, quartz halogen bulbs were first enclosed in a water jacket as shown in Fig. 4. The quartz halogen bulb 20 was inserted into a tube 22 of about 2.54 cm outside diameter with a wall thickness of 0.16 cm and was sealed at each end with a 0.318 cm thick silicone rubber septum 25A, 25B. An inlet port 24 and an outlet port 26 extending through the septa 25A and 25B were provided, respectively, to supply water to and remove water from the water jacket. A small amount of water was pumped through the jacket to maintain the water temperature at about room temperature. It was also found preferable to blow air over the outer surface of the jacket to evaporate any condensate. This arrangement was used to perform many of the tests described below. Although the water jacket filter was found to be adequate for absorbing the unwanted radiation, the arrangement caused premature failure of the bulb and therefore a different filter arrangement was ultimately selected as the most preferred filter arrangement.

Fig. 5 zeigt die Spektralintensität bei verschiedenen Wellenlängen in dem IR-Bereich für die vorhin beschriebene Quarz-Halogenlampe mit Wassermantel. Wie aus dieser Grafik zu ersehen ist, entfernt das Wasser wirksam die gesamte Leistung bei Wellenlängen oberhalb von 1.300 nm und entfernt einen größeren Anteil der Leistung in den Wellenlängen oberhalb von 1.250 nm. Es kann aus Fig. 5 gesehen werden, dass ein Wasserfilter keine Leistung bei Wellenlängen unterhalb von 800 nm entfernt. Entfernen von Leistung bei Wellenlängen unterhalb von 800 und oberhalb von 1.300 nm wird am meisten bevorzugt.Figure 5 shows the spectral intensity at various wavelengths in the IR region for the previously described water-jacketed quartz halogen lamp. As can be seen from this graph, the water effectively removes all of the power at wavelengths above 1300 nm and removes a larger proportion of the power in the wavelengths above 1250 nm. It can be seen from Figure 5 that a water filter does not remove power at wavelengths below 800 nm. Removing power at wavelengths below 800 and above 1300 nm is most preferred.

Das bevorzugteste Wasserfilter umfaßt ein ebenes Plattenfilter 27, wie im Querschnitt in Fig. 6 gezeigt, mit einer aus 3,2 mm dickem Glas gebildeten oberen Schicht 28 und einer aus einer 3,2 mm dicken Kunststoffschicht gebildeten unteren Schicht 30, die für Strahlung zwischen mindestens etwa 800 und etwa 1.300 nm transparent ist. Es hat sich gezeigt, dass Kunststoff wie Polycarbonat- und Polymethylmethacrylat-Schichten für diese Anwendung geeignet sind. Seitenwände 32A, 32B dichten die obere Schicht 28 mit der unteren Schicht 30 ab. Die Dicke der Seitenwände ist unwichtig, jedoch sollte der Abstand zwischen benachbarten Innenflächen der Schichten 28 und 30 vorzugsweise bei etwa 6,6 mm liegen. Das Wasserfilter ist damit etwa 6,6 mm dick.The most preferred water filter comprises a flat plate filter 27 as shown in cross-section in Fig. 6, having an upper layer 28 formed of 3.2 mm thick glass and a lower layer 30 formed of a 3.2 mm thick plastic layer transparent to radiation between at least about 800 and about 1300 nm. Plastics such as polycarbonate and polymethylmethacrylate layers have been found to be suitable for this application. Side walls 32A, 32B seal the upper layer 28 to the lower layer 30. The thickness of the side walls is not important, but the distance between adjacent inner surfaces of the layers 28 and 30 should preferably be about 6.6 mm. The water filter is thus about 6.6 mm thick.

Ein (nicht gezeigter) Wassereinlaß und ein (nicht gezeigter) Wasserauslaß sind vorgesehen. Ein Wasserzulauf ist vorgesehen, um die Temperatur des Wassers 31 im Filter 27 etwa bei Raumtemperatur zu halten.A water inlet (not shown) and a water outlet (not shown) are provided. A water inlet is provided to maintain the temperature of the water 31 in the filter 27 at approximately room temperature.

Das Plattenfilter 27 ist unter einer Reihe von Quarz-Halogenbirnen 34, 36, 38, 40 und 42 angeordnet, die horizontal unter einem Metallreflektor 44 angebracht sind, der emittierte Strahlung nach oben in eine Richtung zu dem auf einer Kochfläche 48 befindlichen Teig 46 richtet. Vorzugsweise ist eine obere Fläche des Teiges 46 vertikal etwa mit einem Abstand 50 von 48 mm von einer zentralen Achse 43 jeder Birne 34, 36, 38, 40 und 42 entfernt. Eine untere Fläche 45 des Reflektors 44 hat einen Abstand 47 von 25 mm von der Zentralachse 43. Eine untere Fläche 49 des Wassers in dem Filter 27 ist vorzugsweise mit einem mit 52 bezeichneten Abstand von 22 mm von einer oberen Fläche des Teiges 46 angeordnet.The panel filter 27 is disposed beneath a series of quartz halogen bulbs 34, 36, 38, 40 and 42 mounted horizontally beneath a metal reflector 44 which directs emitted radiation upwardly in a direction toward the dough 46 located on a cooking surface 48. Preferably, an upper surface of the dough 46 is vertically spaced approximately 48 mm from a central axis 43 of each bulb 34, 36, 38, 40 and 42. A lower surface 45 of the reflector 44 is spaced 25 mm from the central axis 43 47. A lower surface 49 of the water in the filter 27 is preferably spaced 22 mm from an upper surface of the dough 46, designated 52.

Es ist vorteilhaft, ein Filter zwischen die Glühbirnen und die zu kochenden Nahrungsmittel einzusetzen, da alles, was von dem Nahrungsmittel abspritzt, bei den hohen Betriebstemperaturen unmittelbar an den Lampen festbäckt. Das auf den Lampen festgebackene Material verursacht vorzeitigen Lampenausfall, und die angebackenen Materialien sind schwer zu entfernen. Es ist auch bekannt, dass angebackene Materialien sich entzünden können. Die Betriebswirksamkeit wird durch das Ergebnis dieses Abspritzens herabgesetzt.It is beneficial to place a filter between the bulbs and the food being cooked, as any splashing from the food will bake directly onto the bulbs at the high operating temperatures. The material baked onto the bulbs causes premature lamp failure and the baked-on materials are difficult to remove. Baked-on materials are also known to be capable of igniting. Operating efficiency is reduced as a result of this splashing.

Es wird bevorzugt, eine untere Schicht 30 aus Kunststoff auszubilden, da Kunststoff eine direkte Berührung zwischen dem zu bearbeitenden Nahrungsmittel und irgendeiner Glasausrüstung verhindert. Es ist in kommerziellen Nahrungsmittel-Herstellanlagen sehr unerwünscht, Glasausrüstungen wie Glühbirnen unmittelbar benachbart zu bearbeiteten Speisen zu haben, wegen der Möglichkeit des Bruchs und der Verunreinigung der Nahrungsmittel.It is preferred to form a lower layer 30 of plastic because plastic prevents direct contact between the food being processed and any glass equipment. It is highly undesirable in commercial food processing facilities to have glass equipment such as light bulbs immediately adjacent to food being processed because of the potential for breakage and contamination of the food.

Auch eine andere Art von Filter wurde verwendet, um Strahlung außerhalb des ausgewählten Bandes von etwa 800 bis 1.300 nm zu absorbieren. Ein Flachfilter mit identischem Aufbau zu dem in Fig. 6 gezeigten wurde untersucht, nur wurde hier statt Wasser eine Farblösung als Filtermedium benutzt. Eine Lösung, die 3,8 g Gerbsäure und 1,0 g Eisen(II)sulfat, gelöst in 12 1 Wasser, enthielt, wurde hergestellt und kontinuierlich durch das in Fig. 6 gezeigte Plattenfilter gepumpt. Fig. 7 zeigt die Spektralintensität bei einer Vielzahl von Wellenlängen für die Flachplatten-Farbfilteranordnung bei Benutzung einer Quarz-Halogenlampe. Es ist zu sehen, dass das Farbfilter wirksam alle Wellenlängen oberhalb von 1.300 nm und zusätzlich einen größeren Teil der Wellenlängen unterhalb von 800 nm absorbiert.Another type of filter was also used to absorb radiation outside the selected band of about 800 to 1300 nm. A flat filter with an identical design to that shown in Fig. 6 was tested, except that a dye solution was used as the filter medium instead of water. A solution containing 3.8 g of tannic acid and 1.0 g of ferrous sulfate dissolved in 12 liters of water was prepared and continuously pumped through the plate filter shown in Fig. 6. Fig. 7 shows the spectral intensity at a variety of wavelengths for the Flat plate color filter arrangement using a quartz halogen lamp. It can be seen that the color filter effectively absorbs all wavelengths above 1300 nm and additionally a major portion of the wavelengths below 800 nm.

Es wird angenommen, dass das Wasser die Leistung oberhalb von 1.300 nm absorbiert, während die Farbe im Wasser sichtbare Strahlung und IR-Strahlung unterhalb von 800 nm sperrt. Der zwischen 800 und 1.300 nm liegende Bereich unter der in Fig. 7 gezeigten Kurve macht etwa 78% der Gesamtfläche unter der Kurve aus. Diese Darstellung zeigt, dass durch Vorsehen eines Farbfilters zwischen einem 3.200 K Strahler und dem zu kochenden Nahrungsmittel der Anteil der abgestrahlten Leistung in dem angestrebten Wellenlängenbereich von 800 bis 1.300 nm von 35% auf 78% ansteigt.It is assumed that the water absorbs the power above 1300 nm, while the color in the water blocks visible radiation and IR radiation below 800 nm. The area between 800 and 1300 nm under the curve shown in Fig. 7 represents approximately 78% of the total area under the curve. This plot shows that by providing a color filter between a 3200 K emitter and the food being cooked, the proportion of radiated power in the targeted wavelength range of 800 to 1300 nm increases from 35% to 78%.

Wieder nach Fig. 5 beträgt die Fläche unter der Kurve, die zwischen 800 und etwa 1.300 nm liegt, dort annähernd 60% der Gesamtfläche unter der Kurve. Diese Darstellung zeigt, dass durch Vorsehen eines Wasserfilters zwischen dem 3.200 K-Strahler und dem zu bearbeitenden Nahrungsmittel der Prozentsatz der Leistung in dem angestrebten Wellenlängenbereich von 800 bis 1.300 nm sich von 34% auf etwa 60% gegenüber dem Benutzen einer ungefilterten Quarz-Halogenlampe erhöht.Referring again to Fig. 5, the area under the curve that lies between 800 and about 1300 nm is approximately 60% of the total area under the curve. This illustration shows that by providing a water filter between the 3200 K lamp and the food being processed, the percentage of output in the desired wavelength range of 800 to 1300 nm increases from 34% to about 60% compared to using an unfiltered quartz halogen lamp.

Eine Anzahl von Glühlampen mit einer optischen Beschichtung, die zum Entfernen von Wellenlängen unterhalb von 800 und oberhalb von 1.300 nm ausgelegt war, wurde von Deposition Sciences Inc., Santa Rosa, California, erworben. Es war notwendig, einen Wassermantel um die Birnen aufzubauen, identisch zu der in Fig. 4 gezeigten Anordnung, um ein Abbröckeln der optischen Beschichtung zu verhindern. Mit der Wasserbemantelung und mit Benutzen einer Wasserströmungsrate von etwa 52,861/h (12 US-Gallonen/h) und einer Leistungsquelle von 165 V, 5,7 A und 29,8 Ohm entfernte die Beschichtung wirksam einen größeren Teil der Wellenlängen unterhalb von 800 nm und oberhalb von 1.250 nm, wie in der grafischen Aufzeichnung der spektralen Intensität über der Wellenlänge nach Fig. 8 zu sehen ist.A number of bulbs with an optical coating designed to remove wavelengths below 800 and above 1300 nm were purchased from Deposition Sciences Inc., Santa Rosa, California. It was necessary to construct a water jacket around the bulbs, identical to the arrangement shown in Fig. 4, to prevent flaking of the optical coating. With the water jacket and using a water flow rate of about 52.86 l/hr (12 US gallons/hr) and a power source of 165 V, 5.7 A, and 29.8 ohms, the coating effectively removed a major portion of the wavelengths below 800 nm and above 1250 nm, as can be seen in the graph of spectral intensity versus wavelength shown in Fig. 8.

Beim Vergleichen der Fläche unter der Kurve nach Fig. 8 zu der zwischen 800 und 1.300 nm begrenzten Fläche betrug der Anteil der dem zu erwärmenden Gegenstand zugelieferten Leistung bei Benutzung der Lampen mit optischer Beschichtung etwa 83%. Ungefilterte Quarz- Halogenlampen lieferten im Vergleich dazu nur etwa 35% der Gesamtstrahlung in dem erwünschten Wellenlängenbereich.When comparing the area under the curve in Fig. 8 to the area limited between 800 and 1300 nm, the proportion of power delivered to the object to be heated when using the lamps with optical coating was about 83%. In comparison, unfiltered quartz halogen lamps only delivered about 35% of the total radiation in the desired wavelength range.

Es wird angenommen, dass wärmebeständigere Beschichtungen entwickelt werden können, welche unerwünschte Strahlung ausfiltern oder zu den Leuchtdrähten zurück reflektieren, ohne dass es notwendig ist, mit einem Wassermantel zu kühlen. Die optische Beschichtung kann bestimmt werden, wenn der durchzulassende Wellenlängenbereich festgesetzt wird.It is believed that more heat resistant coatings can be developed that will filter out or reflect unwanted radiation back to the filaments without the need for water jacket cooling. The optical coating can be determined by specifying the range of wavelengths to be transmitted.

Wie in dem Eingangsabschnitt dieser Beschreibung erwähnt, kann eine Strahlung zwischen etwa 800 und 1.300 nm eine Erwärmung unter der Oberfläche von weißen Brotkrumen bewirken. Dabei beträgt jedoch die Eindringtiefe, wie Fachleute gemessen haben, nicht mehr als 0,5 cm (siehe Fig. 2). Die Eindringtiefe verändert sich jedoch mit der Wellenlänge.As mentioned in the introductory section of this description, radiation between approximately 800 and 1300 nm can cause heating under the surface of white bread crumbs. However, the penetration depth, as measured by experts, is no more than 0.5 cm (see Fig. 2). However, the penetration depth changes with the wavelength.

Wie in Fig. 2 gezeigt, verändert sich im Wellenlängenbereich von 800 bis 1.300 nm die Eindringtiefe für weiße Brotkrumen zwischen 0,28 und 0,47 cm. Es kann auch aus dieser Figur gesehen werden, dass oberhalb von 2.000 nm die Eindringtiefe nicht höher als 0,14 cm ist, was anzeigt, dass bei Wellenlängen oberhalb von 2.000 nm bei Brotkrumen nur Oberflächenerwärmung auftritt.As shown in Fig. 2, in the wavelength range of 800 to 1300 nm, the penetration depth for white bread crumbs varies between 0.28 and 0.47 cm. It can also be seen from this figure that above 2000 nm, the penetration depth is not higher than 0.14 cm, indicating that at wavelengths above 2000 nm, only surface heating occurs in bread crumbs.

Die relativ niedrige Eindringtiefe ist eine von vornherein bestehende Begrenzung des Einsatzes von IR-Strahlung zum Backen, und als ein Ergebnis ist diese Art von Verarbeitung am meisten für Erzeugnisse mit einer Dicke von etwa 3 cm oder weniger anwendbar, wie Kleingebäck, Pizzabrot, Pizza-Snacks, Toastschnitten und dergleichen. Dickere Erzeugnisse können auch nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, doch würde dann der Heizmechanismus zumindestens teilweise auf Leitung beruhen, was die Kochzeiten bedeutsam verlängert.The relatively low penetration depth is an inherent limitation to the use of IR radiation for baking, and as a result this type of processing is most applicable to products having a thickness of about 3 cm or less, such as biscuits, pizza bread, pizza snacks, toast slices and the like. Thicker products can also be made by the process of the present invention, but then the heating mechanism would rely at least in part on conduction, which significantly increases cooking times.

Um die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter zu demostrieren, werden die nachfolgenden Beispiele dargeboten, die aber in keiner Weise dazu bestimmt sind, den Bereich der vorliegenden Erfindung zu begrenzen.In order to further demonstrate the advantages of the process according to the invention, the following examples are presented, which, however, are in no way intended to limit the scope of the present invention.

Beispiel IExample I

Ein gekühltes Teigerzeugnis, das in US-PS 4 526 801 von Atwell beschrieben ist, wurde nach dem folgenden Rezept zubereitet:A refrigerated dough product described in Atwell’s U.S. Patent No. 4,526,801 was prepared according to the following recipe:

Zutat Gew. -%Ingredient wt.%

Weizenmehl 52,00-56,00Wheat flour 52.00-56.00

Wasser 28,00-36,00Water 28.00-36.00

Sacharide 4,00-8,00Sacharides 4.00-8.00

Salz 1,00-1,50Salt 1.00-1.50

Backfett 3,00-6,00Shortening 3.00-6.00

Aromastoffe 2,00-7,00Flavorings 2.00-7.00

Emulgatoren 0,02-0,3 0Emulsifiers 0.02-0.3 0

Backzusätze 0,005-0,02Baking additives 0.005-0.02

Natriumbicarbonat 0,70-1,20Sodium bicarbonate 0.70-1.20

Weingeist 0,00-2,00Alcohol 0.00-2.00

Calciumcarbonat 0,00-1,00Calcium carbonate 0.00-1.00

100,00100.00

Es wird hier zu Vergleichszwecken das Atwell-Patent 4 526 801 angegeben. Der Teig wurde unter eine Reihe von fünf wasserbemantelten Quarz-Halogenlampen mit 2,54 cm Mittenabstand gelegt und die Leistung bei jeder Lampe auf 1.500 Watt eingestellt, um zu bestimmen, ob gefilterte IR-Strahlung zum schnelleren Aufgehen von Teig als bei üblichen Aufgeh- Techniken benutzt werden kann. Die zur Durchführung der Untersuchung benutzte Vorrichtung und das Plazieren des Teiges mit Bezug auf die Filter und Lampen ist in Fig. 6 gezeigt. Der Teig war beim Beginn der Untersuchung auf Raumtemperatur.Atwell Patent 4,526,801 is cited here for comparison purposes. The dough was placed under a bank of five water-jacketed quartz halogen lamps spaced 1 inch apart and the power of each lamp set at 1,500 watts to determine whether filtered IR radiation could be used to rise dough more quickly than conventional rising techniques. The apparatus used to conduct the study and the placement of the dough with respect to the filters and lamps is shown in Figure 6. The dough was at room temperature at the start of the study.

Der Teig wurde zu einer Schicht von etwa 1,26 cm Dicke ausgebildet und der gefilterten IR- Strahlung für jeweils 15, 30, 45 bzw. 60 s ausgesetzt. Es war das Ziel dieser Untersuchung, die Teig-Innentemperatur auf etwa 29,4ºC (85ºF) anzuheben, um mit dem Aufgehen zu beginnen. Nach dem Erwärmen wurde jede Teigschicht in eine Dose gelegt und abgedeckt. Der Verlauf des Aufgehvorganges wurde durch auf dem Gebiet bekannte Mittel überwacht. Die Dosen wurden bei Raumtemperatur gelagert, bis sie gefüllt waren.The dough was formed into a sheet approximately 1/2 inch thick and exposed to filtered IR radiation for 15, 30, 45, and 60 seconds, respectively. The goal of this study was to raise the internal dough temperature to approximately 85ºF (29.4ºC) to begin rising. After heating, each dough sheet was placed in a can and covered. The progress of the rising process was monitored by means known in the art. The cans were stored at room temperature until filled.

Die während einer Minute erwärmten Proben waren in weniger als 45 Minuten voll aufgegangen. Vergleichsproben gingen bei Raumtemperatur in 4 h auf. Während 30 s erwärmte Proben gingen in 3 h auf, wie auch die zwei während 45 s erwärmten Proben. Der mittels IR- Strahlung zum Aufgehen gebrachte Teig war frei von Bräunung.The samples heated for one minute had fully risen in less than 45 minutes. Control samples rose in 4 hours at room temperature. Samples heated for 30 seconds rose in 3 hours, as did the two samples heated for 45 seconds. The dough risen using IR radiation was free of browning.

Die Ergebnisse zeigen, dass gefilterte IR-Strahlung, die vorzugsweise eine Strahlung bei Wellenlängen unterhalb von 1.300 nm liefert, wirksam ist, Teig ohne Beeinträchtigung der Erzeugnisqualität zum Aufgehen zu bringen. Die Aufgehzeiten waren im Vergleich zu üblichen Aufgehverfahren wesentlich herabgesetzt.The results show that filtered IR radiation, which preferably provides radiation at wavelengths below 1,300 nm, is effective in causing dough to rise without affecting product quality. The rising times were significantly reduced compared to conventional rising methods.

Darauffolgende Untersuchungen zeigten, dass eine Aufgehzeit um einen Faktor 2, und in einem Fall um einen Faktor 7 herabgesetzt werden kann.Subsequent investigations showed that a rising time can be reduced by a factor of 2, and in one case by a factor of 7.

Beispiel IIExample II

Erwärmen von Teig unter Benutzung von IR-Strahlung, die mittels des Wassermantels auf die beschriebene Weise gefiltert wurde, wurde verglichen mit Erwärmen durch nichtgefilterte IR- Strahlung. Die in Fig. 6 gezeigte Quarz-Halogenbirnen-Anordnung wurde als Strahler zur Erzeugung beider Datenreihen benutzt. Aus 600 g Mehl, 360 g Wasser und ohne Treibmittel wurde ein Teig hergestellt, um die Untersuchung durchzuführen. Proben mit gleichförmiger Größe und Masse wurden für den Vergleich benutzt. Jeder Teigabschnitt bestand aus einem Quadrat von 12,9 cm Seitenlänge und wog 8 g.Heating of dough using IR radiation filtered by the water jacket in the manner described was compared with heating by unfiltered IR radiation. The quartz halogen bulb arrangement shown in Figure 6 was used as the emitter to generate both sets of data. A dough was prepared from 600 g flour, 360 g water and no leavening agent to conduct the study. Samples of uniform size and mass were used for comparison. Each section of dough consisted of a 12.9 cm square and weighed 8 g.

Ein Ölbad-Kalorimeter wurde benutzt, um die Gesamtmenge der jeder Probe zugelieferten Energie zu messen. Der Abstand zwischen der Teigfläche und einer Mittellinie der Lampe wurde in jedem Fall eingestellt, um die den beiden Proben zugelieferte Leistung gleichzuhalten.An oil bath calorimeter was used to measure the total amount of energy delivered to each sample. The distance between the dough surface and a center line of the lamp was adjusted in each case to keep the power delivered to the two samples equal.

Die herkömmliche Quarz-Halogenlampe bräunte die Proben in 75 s. Die wassergefilterte Quarz-Halogenlampe bräunte die Proben nach 180 s noch nicht, kochte die Proben jedoch gründlich durch. Da die Proben nach 180 s voll gekocht waren, wurden die Lampen abgeschaltet. Proben, die mit der üblichen Quarz-Halogenlampe gekocht wurden, verloren 3% ihrer Anfangsmasse, während die mit wassergefilterten Lampen gekochten Proben 18% ihrer Anfangsmasse ohne Bräunung verloren.The conventional quartz halogen lamp browned the samples in 75 s. The water-filtered quartz halogen lamp did not brown the samples after 180 s, but cooked the samples thoroughly. Since the samples were fully cooked after 180 s, the lamps were turned off. Samples cooked with the conventional quartz halogen lamp lost 3% of their initial mass, while the samples cooked with water-filtered lamps lost 18% of their initial mass without browning.

Die Ergebnisse zeigen, dass bei Benutzung gefilterter IR-Strahlung einem Teig im Vergleich zu üblicher IR-Strahlung zwischen dem 2- und 2½-fachen der Energie ohne Bräunung zugeführt werden kann. Die Ergebnisse zeigen auch, dass gefilterte IR-Strahlung für Trockenvorgänge vielversprechend einzusetzen ist.The results show that when using filtered IR radiation, between 2 and 2½ times the energy can be supplied to dough without browning compared to conventional IR radiation. The results also show that filtered IR radiation is promising for use in drying processes.

Beispiel IIIExample III

Bei dieser Untersuchung wurde die Nutzung gefilterter IR-Strahlung zum Verbessern der Erzeugnisqualität durch Unterdrücken von Mikrobenwachstum untersucht, durch Vergleichen von Pillsbury Pizza RollsTM, die mit üblichem Frittieren zubereitet wurden, mit Pizza RollsTM, die mit Hilfe von IR-Strahlung vorgekocht und mit Öl niedrigerer Temperatur in einem darauffolgenden Verfahrensschritt frittiert wurden.This study investigated the use of filtered IR radiation to improve product quality by suppressing microbial growth by comparing Pillsbury Pizza RollsTM prepared using conventional frying to Pizza RollsTM precooked using IR radiation and fried using lower temperature oil in a subsequent process step.

Pizzateig wurde nach der folgenden Formel gemäß der Beschreibung in der US-PS 4 170 659 von Totino et al. zubereitet:Pizza dough was prepared using the following formula as described in U.S. Patent No. 4,170,659 to Totino et al.:

TeigDough

Zutat Gew.-%Ingredient % by weight

Weizenmehl 60,65Wheat flour 60,65

Wasser 3 6,04Water 3 6.04

Hefe 1,28Yeast 1.28

Salz 0,93Salt 0.93

Teigkonditionierer (Natriumstearoyl-2-Lactylat, z. B. ReduceTM von Patco CO., Kansas City, Mo. 0,30Dough conditioner (sodium stearoyl-2-lactylate, e.g. ReduceTM from Patco CO., Kansas City, Mo. 0.30

Sojaöl 0,80Soybean oil 0.80

100,00100.00

Auf die US-PS 4 170 659 von Totino et al. wird hier zu Vergleichszwecken verwiesen. Der Teig wurde entsprechend dem vorstehend beschriebenen Rezept hergestellt und zu einer Teigschicht verarbeitet. Die Teigschicht wurde zu ca. 5 mm Dicke ausgewalzt, in Stücke geschnitten und mit einer Füllung der folgenden Zusammensetzung gefüllt:Reference is made here to US Patent No. 4,170,659 to Totino et al. for comparison purposes. The dough was prepared according to the recipe described above and made into a dough sheet. The dough sheet was rolled out to a thickness of approximately 5 mm, cut into pieces and filled with a filling of the following composition:

Füllungfilling

Zutat Gew.-%Ingredient % by weight

Pizzabrötchensauce 34,63Pizza bun sauce 34,63

Wurstmischung 27,19Sausage mix 27,19

Mozzarella 14,08Mozzarella 14,08

Wasser 9,58Water 9.58

Salamischeiben 8,03Salami slices 8,03

eingelegte Paprika 2,50pickled peppers 2,50

dehydrierte weiße Zwiebeln 2,64dehydrated white onions 2.64

Mehl 1,35Flour 1.35

100,00100.00

Die Füllung wurde zwischen die geschnittenen Teigstücke abgedichtet eingelegt, und das Erzeugnis wurde mit IR-Strahlung bestrahlt, die von einer Quarz-Halogenlampe mit Wolframwendel emittiert und mittels eines Wassermantelfilters der beschriebenen Art gefiltert wurde.The filling was sealed between the cut pieces of dough and the product was irradiated with IR radiation emitted by a quartz halogen lamp with a tungsten filament and filtered by means of a water jacket filter of the type described.

Wenn Pizza RollsTM mittels Frittierung zubereitet wurden, mußte die Öltemperatur bei ca. 204,4ºC (400ºF) gehalten werden, damit nach etwa 45 s Zubereitungszeit, wenn die Außenfläche des Erzeugnisses gebräunt war, die innere Füllung eine Minimaltemperatur von etwa 52,2ºC (126ºF) erreichte, um Mikrobenwachstum zu verhindern.When Pizza RollsTM were prepared by deep frying, the oil temperature had to be maintained at approximately 204.4ºC (400ºF) so that after approximately 45 seconds of cooking time, when the outer surface of the product was browned, the inner filling reached a minimum temperature of approximately 52.2ºC (126ºF) to prevent microbial growth.

Es hat sich gezeigt, dass, wenn die Pizza RollsTM zuerst mit wassergefilterte Quarz- Halogenstrahlung der beschriebenen Art bestrahlt wurden, die Temperatur der Innenftillung in etwa 60 s auf etwa 52,2ºC (126ºF) angehoben werden kann. Öltemperaturen von nur 190,6ºC (375ºF) wurden als angemessen festgestellt, um die Pizza RollsTM in etwa 30 s zu frittieren. Der Fettgehalt des fertigen Erzeugnisses, das mittels gefilterter IR-Strahlung vorbereitet wurde, war um 12% niedriger als der bei den durch übliches Fettfrittieren zubereiteten Pizza RollsTM.It has been shown that when the Pizza RollsTM are first irradiated with water-filtered quartz halogen radiation of the type described, the temperature of the internal filling can be raised to about 52.2ºC (126ºF) in about 60 seconds. Oil temperatures as low as 190.6ºC (375ºF) have been found to be adequate to fry the Pizza RollsTM in about 30 seconds. The fat content of the finished product prepared using filtered IR radiation was 12% lower than that of the Pizza RollsTM prepared by conventional deep frying.

Beispiel IVExample IV

Pillsbury Toaster StrudelTM wird gegenwärtig mit Hilfe von Frittieren zubereitet. Die gegenwärtige Frittierzeit beträgt etwa 45 s. Dieses Erzeugnis ist im einzelnen in US-PS 4 612 198 von Wallin et al. beschrieben, auf welche Schrift zu Vergleichszwecken verwiesen wird.Pillsbury Toaster StrudelTM is currently prepared by frying. The current frying time is approximately 45 seconds. This product is described in detail in US-PS 4 612 198 by Wallin et al., to which reference is made for comparison purposes.

Um die Qualitäten und die Zubereitungszeiten von Toaster StrudelTM nach üblicher Zubereitungsart und nach Zubereitung mit Hilfe von gefilterter IR-Strahlung zu vergleichen, wurde zuerst ein Toaster StrudelTM-Teig gemäß dem folgenden Rezept zubereitet:In order to compare the qualities and preparation times of Toaster StrudelTM prepared in the usual way and after preparation using filtered IR radiation, a Toaster StrudelTM dough was first prepared according to the following recipe:

Toaster StrudelTMToaster StrudelTM

Zutat Gew.-%Ingredient % by weight

angereichertes Hartweizenmehl 52,51enriched durum wheat flour 52,51

Wasser 35,51Water 35.51

hydrogeniertes Pflanzen-Bratfett 2,50hydrogenated vegetable frying fat 2.50

ungebleichtes Weichweizenmehl 2,10unbleached soft wheat flour 2.10

Zucker 1,75Sugar 1.75

Trockeneigelb 1,70Dried egg yolk 1.70

aktive Trockenhefe 1,50active dry yeast 1,50

mittelfeines Salz 1,04medium fine salt 1.04

Dextrose 0,50Dextrose 0.50

Buttergeschmack-Emulsion 0,25Butter flavour emulsion 0.25

SAPP* 0,25SAPP* 0.25

Natriumbicarbonat 0,25Sodium bicarbonate 0.25

Mono- und DiglycerideMono- and diglycerides

(100% pflanzlich) 0,10(100% plant-based) 0.10

gelbe Lebensmittelfarbe 17179 0,04yellow food coloring 17179 0.04

100,00100.00

*SAPP ist saueres Natrium-Pyrophosphat*SAPP is acidic sodium pyrophosphate

Eine bekannte Füllung aus 20% Fruchtpürée' 20, 10% Maissirup, 5% modifizierte Stärke, 0,2% Verdickungsmittel, 42% Zucker, 21% Wasser, 1, 2% Zitronensäure, 0,5% Natriumcitrat und 0,1% Konservierungsmittel wurde zwischen zwei Stücke Toaster StrudelTM-Teig gelegt. Die bevorzugten Teigstücke sind etwa 7,6 cm · 12,7 cm und 0,5 cm dick. Die Teigstücke wurden an den Kanten abgedichtet, um zu verhindern, dass die Füllung während der Zubereitung austritt.A known filling of 20% fruit puree'20, 10% corn syrup, 5% modified starch, 0.2% thickener, 42% sugar, 21% water, 1.2% citric acid, 0.5% sodium citrate and 0.1% preservative was placed between two pieces of Toaster StrudelTM dough. The preferred dough pieces are approximately 3" x 5" and 0.2" thick. The dough pieces were sealed at the edges to prevent the filling from leaking out during preparation.

Der Toaster StrudelTM wurde der Strahlung von Quarz-Halogenlampen mit Wassermantel 25 s lang pro Seite ausgesetzt. Nachdem das Innere des Teiges mittels gefilterter IR-Strahlung erwärmt war, wurde das Erzeugnis mit Pflanzenöl besprüht, dann 60 s abgetropft, um Rest- Oberflächenöl zu entfernen. Jede Seite des Erzeugnisses wurde während zusätzlicher 20 s einer Strahlung von üblichen Infrarotheizern ausgesetzt, um die Außenflächen zu bräunen.The StrudelTM Toaster was exposed to radiation from water-jacketed quartz halogen lamps for 25 s per side. After the interior of the dough was heated using filtered IR radiation, the product was sprayed with vegetable oil, then drained for 60 s to remove residual surface oil. Each side of the product was exposed to radiation from standard infrared heaters for an additional 20 s to brown the exterior surfaces.

Die Ergebnisse zeigten, dass der Fettgehalt des Erzeugnisses bedeutsam herabgesetzt wurde, während die Textur- und Geschmackseigenschaften des Erzeugnisses verbessert waren. Der Fettgehalt eines üblich frittierten Toaster StrudelsTM beträgt etwa 13,5%, während der Fettgehalt von IR-bereiteten Toaster StrudelTM etwa 7% betrug.The results showed that the fat content of the product was significantly reduced, while the textural and flavor characteristics of the product were improved. The fat content of a standard deep-fried Toaster StrudelTM is about 13.5%, while the fat content of IR-prepared Toaster StrudelTM was about 7%.

Weiter kann durch Benutzung gefilterter IR-Strahlung zum Aufgehen des Toaster StrudelTM Teiges die gesamte Verarbeitungszeit unter die herabgesetzt werden, die für normales Aufgehen und übliches Frittieren erforderlich ist.Furthermore, by using filtered IR radiation to rise Toaster StrudelTM dough, the total processing time can be reduced to below that required for normal rising and frying.

Beispiel VExample V

Kochzeiten zum Herstellen von Toaster StrudelTM mittels gefilterter IR-Strahlung wurden verglichen mit Herstellzeiten für Toaster StrudelTM mittels Strahlauftreffbacken, Dampfbacken und üblichem Backen.Cooking times for making Toaster StrudelTM using filtered IR radiation were compared to making Toaster StrudelTM using jet impingement baking, steam baking and conventional baking.

Ein dem in Beispiel IV beschriebenen identisches Toaster StrudelTM-Erzeugnis wurde hergestellt unter Benutzung von gefilterter IR-Strahlung im Bereich von 600-1.300 nm. Das Toaster StrudelTM-Erzeugnis wurde hergestellt und gebacken nach Gehenlassen während 45 s pro Seite, um den Zubereitungsvorgang zu vollenden.A Toaster StrudelTM product identical to that described in Example IV was prepared using filtered IR radiation in the range of 600-1300 nm. The Toaster StrudelTM product was prepared and baked after proofing for 45 seconds per side to complete the cooking process.

Das sich ergebende Erzeugnis war ohne Oberflächenbräunung vollständig durchgekocht und war zur Gefrierlagerung und nachfolgenden Bräunung durch den Verbraucher in einem üblichen Toaster oder Ofen bereit.The resulting product was fully cooked without surface browning and was ready for frozen storage and subsequent browning by the consumer in a standard toaster or oven.

Strahlauftreffbacken erforderte 5 min Backzeit nach dem Aufgehen im Vergleich zu 45 s Backzeit bei Benutzung von gefilterten IR-Strahlern in zwei einander gegenüberliegenden Reihen. Auch wenn das Erzeugnis nur jeweils an einer Seite nacheinander mit gefilterter IR- Strahlung behandelt wird, ist die Zeiteinsparung gegenüber Strahlauftreffbacken noch wesentlich. Im Vergleich: übliches Backen erforderte 7 min Backzeit, und Dampfbacken erforderte 6 bis 7 min Backzeit.Jet impingement baking required 5 minutes of baking time after proofing compared to 45 seconds of baking time using filtered IR emitters in two opposing rows. Even if the product is only treated with filtered IR radiation on one side at a time, the time saving compared to jet impingement baking is still significant. In comparison: conventional baking required 7 minutes of baking time, and steam baking required 6 to 7 minutes of baking time.

Beispiel VIExample VI

Die Erfinder haben weiter ihre Theorie der Tiefewärmung geprüft, indem sie ein Lebensmittelprodukt mit IR-Strahlung zwischen etwa 800 und etwa 1.300 nm bestrahlten durch Einsetzen einer Lage von schwarzem absorbierenden Papier zwischen zwei Stücke Brot und Aufheizen der Sandwiches während eines Zeitraumes von 45 s. Ein Sandwich wurde mit ungefilterter Quarz-Halogenlampe bestrahlt, die mit 1.500 Watt betrieben wurde und Leistung mit einer Spitzenwellenlänge von etwa 1000 nm lieferte, und das andere Sandwich wurde mit der gleichen Lampe mit Wasserfilter erwärmt. Es wurde vorgeführt, dass die Innenflächen des Brotes, die mit dem schwarzen Papier in Berührung waren, bei Verwendung von gefilterter IR- Strahlung gebräunt werden konnten, ohne eine Bräunung der Außenflächen zu veranlassen. Im Gegensatz dazu war die der ungefilterten IR-Strahlungsquelle am nächsten liegende Brotoberfläche gebräunt.The inventors further tested their theory of deep heating by irradiating a food product with IR radiation between about 800 and about 1300 nm by placing a layer of black absorbent paper between two pieces of bread and heating the sandwiches for a period of 45 seconds. One sandwich was irradiated with an unfiltered quartz halogen lamp operating at 1500 watts and providing power at a peak wavelength of about 1000 nm and the other sandwich was heated with the same lamp with a water filter. It was demonstrated that the inner surfaces of the bread in contact with the black paper could be browned using filtered IR radiation without causing browning of the outer surfaces. In contrast, the bread surface closest to the unfiltered IR radiation source was browned.

Beispiel VIIExample VII

Zur weiteren Darstellung des Erwärmungsvorganges nach der vorliegenden Erfindung wurde eine quantitative Messung der Auswirkung von unterschiedlichen Infrarotquellen durchgeführt durch Beobachten des Temperaturanstiegs in der Mitte eines Sandwichs mit bzw. ohne einem Infrarotabsorber, wie in Fig. 9 gezeigt. Ein Gemisch aus Kakao/Öl wurde als Infrarotabsorptionsschicht benutzt. Die Abstände von der Quelle zum Sandwich und die Belichtungszeit wurden so eingestellt, dass der Temperaturanstieg an der Trennfläche Brot/Brot ohne den vorhandenen Absorber bei jeder Quelle nahezu 38,89ºC (70ºF) betrug. Die Trennflächen- Temperaturen wurden gemessen durch Einsetzen von Thermoelementsonden unmittelbar nach dem Abschalten der Infrarotquellen am Ende des Heizvorgangs. Etwa 45 s waren erforderlich, um einen Temperaturanstieg von 38,89ºC (70ºF) zu erhalten.To further illustrate the heating process of the present invention, a quantitative measurement of the effect of different infrared sources was made by observing the temperature rise in the center of a sandwich with and without an infrared absorber, as shown in Figure 9. A cocoa/oil mixture was used as the infrared absorbing layer. The distances from the source to the sandwich and the exposure time were adjusted so that the temperature rise at the bread/bread interface without the absorber present was approximately 38.89ºC (70ºF) for each source. The interface temperatures were measured by inserting thermocouple probes immediately after turning off the infrared sources at the end of the heating process. Approximately 45 seconds were required to obtain a temperature rise of 38.89ºC (70ºF).

Der Temperaturanstieg an der Zwischenfläche zwischen den Brotschnitten mit und ohne vorhandenem Kakao/Öl-Absorber ist in Fig. 9 gezeigt. Bei üblichen Quarzhalogenlampen- Heizern erhöhte der Absorberzusatz die Temperatur um weniger als 2,78ºC (5ºF). Bei wassergefilterten Lampen änderte sich das Temperaturprofil. Die Trennflächen-Temperatur stieg um 13,9ºC (25ºF) an, was anzeigt, dass mehr Infrarotenergie durch die Brotschnitte zu der Absorptionsschicht eindrang, wenn wassergefilterte Lampen benutzt wurden.The temperature rise at the interface between the bread slices with and without the cocoa/oil absorber present is shown in Figure 9. With conventional quartz halogen lamp heaters, the addition of the absorber increased the temperature by less than 2.78ºC (5ºF). With water-filtered lamps, the temperature profile changed. The interface temperature increased by 13.9ºC (25ºF), indicating that more infrared energy penetrated through the bread slices to the absorber layer when water-filtered lamps were used.

Obwohl vorstehend nur auf Teig basierende Erzeugnisse beschrieben wurde, ist die vorliegen de Erfindung nicht auf das Erwärmen von Teigerzeugnissen begrenzt. Zum Beispiel kann Heißkaramel durch eine Schicht von gefrorenem Speiseeis hindurch mittels IR-Strahlung erwärmt werden, bei der die Strahlung mit Wellenlängen von 1.300 nm und darüber durch ein Filter entfernt wurde, ohne das Speiseeis zu beeinträchtigen.Although only dough-based products have been described above, the present The invention is not limited to heating dough products. For example, hot caramel can be heated through a layer of frozen ice cream using IR radiation in which radiation with wavelengths of 1,300 nm and above has been removed by a filter without affecting the ice cream.

Die vorliegende Erfindung hat eine breite Anwendbarkeit auf eine Vielzahl von Erwärmungsvorgängen einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf Trocknen, Auftauen, Aufgehenlassen, Zubereiten, Vorheizen, Erwärmen und Unterdrückung von Mikrobenwachstum.The present invention has broad applicability to a variety of heating operations including, but not limited to, drying, thawing, proofing, cooking, preheating, warming, and suppressing microbial growth.

Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungen beschrieben wurde, werden auf diesem Fachgebiet Erfahrene erkennen, dass Änderungen in Form und in Einzelheiten unternommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, those skilled in the art will recognize that changes in form and details may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (12)

1. Verfahren zum selektiven Erwärmen von Nahrungsmitteln, umfassend Filtern einer Quelle für Infrarotstrahlung, die zum Tiefewärmen eines Nahrungsmittels geeignet ist, wobei zumindest 60 Prozent der Gesamtleistung in einem ausgewählten Wellenlängenband zugeführt wird, das zum Tiefewärmen fähig ist, wobei ein Maximum des ausgewählten Wellenlängenbandes ungefähr 1.300 Nanometer beträgt; und Bestrahlen des Nahrungsmittels über eine Zeitdauer, die ausreichend ist, um ein Inneres der Nahrungsmittel auf eine ausgewählte Temperatur aufzuwärmen.1. A method for selectively heating foodstuffs, comprising filtering a source of infrared radiation capable of deep heating a foodstuff, wherein at least 60 percent of the total power is supplied in a selected wavelength band capable of deep heating, a maximum of the selected wavelength band being about 1,300 nanometers; and irradiating the foodstuff for a period of time sufficient to heat an interior of the foodstuff to a selected temperature. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Minimun des ausgewählten Wellenlängenbandes ungefähr 800 Nanometer beträgt.2. Method according to claim 1, characterized in that a minimum of the selected wavelength band is approximately 800 nanometers. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Nahrungsmittel ein Teig ist, und der Teig bestrahlt wird, damit der Teig aufgeht.3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the food is a dough, and the dough is irradiated so that the dough rises. 4. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Nahrungsmittel ein Teig ist, und ferner der Schritt des Bratens des Teigs nach Bestrahlung umfaßt wird.4. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the foodstuff is a dough and further comprising the step of frying the dough after irradiation. 5. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Bestrahlens des Nahrungsmittels mit ungefilterter IR-Strahlung.5. A method according to any one of the preceding claims, further characterized by the step of irradiating the food with unfiltered IR radiation. 6. Verfahren zum Zubereiten eines Nahrungsmittelprodukts, umfassend ein Vorkochen des Nahrungsmittels durch Bestrahlung mit gefil-terter IR-Strahlung, wobei die Strahlung geeignet zum Tiefewärmen des Nahrungsmittels ist, wobei zumindest 60 Prozent der Gesamtleistung in einem ausgewählten Wellenlängenband zugeführt wird, das zum Tiefewärmen fähig ist, wobei ein Maximum des ausgewählten Wellenlängenbands ungefähr 1.300 Nanometer beträgt; Zuführen von Öl zu zumindest einer Außenfläche des vorgekochten Produkts; und Bestrahlen des Nahrungsmittels mit ungefilterter IR-Strahlung über eine Zeitdauer, die ausreichend ist, um das Nahrungsmittel zu bräunen.6. A method of preparing a food product, comprising pre-cooking the food by irradiating it with filtered IR radiation, the radiation being capable of deep heating the food, wherein at least 60 percent of the total power is supplied in a selected wavelength band capable of deep heating, a maximum of the selected wavelength band being about 1,300 nanometers; supplying oil to at least an exterior surface of the pre-cooked product; and irradiating the food with unfiltered IR radiation for a period of time sufficient to brown the food. 7. Verfahren zum Vorkochen eines inneren Bereichs eines Nahhrungsmittelprodukts, umfassend ein Bestrahlen des Nahrungsmittels mit einer gefilterten IR-Strahlung, wobei zumindest 60 Prozent der Strahlung eine Wellenlänge unterhalb von 1.300 Nanometer aufweist, über eine Zeitdauer, die ausreichend zum Erwärmen des Innenbereichs des Nahrungsmittelprodukts auf eine ausgewählte Temperatur ist.7. A method for precooking an interior region of a food product comprising irradiating the food with filtered IR radiation, wherein at least 60 percent of the radiation has a wavelength below 1,300 nanometers, for a period of time sufficient to heat the interior region of the food product to a selected temperature. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgekochte Produkt ein Teigprodukt ist, das ein Füllmaterial enthält.8. A method according to claim 7, characterized in that the pre-cooked product is a dough product containing a filling material. 9. Verfahren zum Abdichten von Teig, umfassend ein Bestrahlen des Teigs mit IR-Strahlung in einem Wellenlängenbereich von unterhalb ungefähr 1.300 Nanometern über eine Zeitdauer, die ausreichend ist, um das Treibmittel zu aktivieren.9. A method of sealing dough comprising irradiating the dough with IR radiation in a wavelength range of below about 1,300 nanometers for a period of time sufficient to activate the leavening agent. 10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Abdichtens des Teigs in einem Behälter über eine Zeitdauer, die ausreichend für den Teig ist, sich zu entfalten.10. The method of claim 9, further characterized by the step of sealing the dough in a container for a period of time sufficient for the dough to expand. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-Bestrahlung eine minimale Wellenlänge von ungefähr 800 Nanometern aufweist.11. Method according to claim 9 or 10, characterized in that the IR radiation has a minimum wavelength of approximately 800 nanometers. 12. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur ausgewählt ist, um ein Wachstum von Mikroben zu verhindern.12. A method according to any one of claims 1 to 5, 7 or 8, characterized in that the temperature is selected to prevent growth of microbes.